[논문]블록체인 네트워크 기반의 도메인 네임 시스템 설계 및 구현

허재욱; 김정호; 전문석

doi:10.5762/kais.2019.20.5.36

[국내논문] 블록체인 네트워크 기반의 도메인 네임 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of Blockchain Network Based on Domain Name System 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.5, 2019년, pp.36 - 46

허재욱 (숭실대학교 컴퓨터학과) , 김정호 (숭실대학교 컴퓨터학과) , 전문석 (숭실대학교 컴퓨터학과)

초록
AI-Helper

인터넷에 연결된 호스트의 개수가 대폭 증가해 1984년 도메인 네임 시스템(Domain Name System, 이하 DNS)이 도입되었다. DNS는 웹 사이트를 검색할 때, 일련의 숫자로 이루어진 복잡한 IP 주소를 외우지 않고 편리성이 높은 문자 형태의 주소를 사용할 수 있게 함으로써 현재 인터넷을 이용하는 모든 사용자에게 중요한 핵심 요소로 사용되고 있다. 그러나 이러한 DNS의 중요성에 비해 권한 할당 문제, 공인 등록 관련 분쟁, DNS 캐시 포이즈닝(DNS Cache Poisoning), DNS 스푸핑(DNS Spoofing), 중간자 공격(Man-in-the-Middle Attack), DNS 증폭 공격(DNS Amplification Attack)과 같은 각종 보안 취약점, 초연결 네트워크 시대의 더 많은 도메인 네임의 필요성 등 많은 문제점이 존재한다. 본 연구에서는 기존의 DNS가 가지는 이러한 문제점을 효과적으로 개선하고자 분산원장기술인 블록체인을 이용해 DNS를 구현하는 법을 제안하고, 이더리움 기반의 플랫폼을 이용해 구현하였다. 추가적으로 기존의 도메인 네임 등록 및 도메인 네임 서버의 정성적 성능 비교 평가를 하고, 제안하는 시스템이 기존 DNS의 보안 문제점을 개선할 수 있는지 보안 평가를 하였다. 결론적으로 블록체인을 이용해 더 안전하고 효율적으로 DNS 서비스를 제공할 수 있다는 것을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The number of hosts connected to the Internet has increased dramatically, introducing the Domain Name System(DNS) in 1984. DNS is now an important key point for all users of the Internet by allowing them to use a convenient character address without memorizing a series of numbers of complex IP address. However, relative to the importance of DNS, there still exist many problems such as the authorization allocation issue, the disputes over public registration, security vulnerability such as DNS cache poisoning, DNS spoofing, man-in-the-middle attack, DNS amplification attack, and the need for many domain names in the age of hyper-connected networks. In this paper, to effectively improve these problems of existing DNS, we proposed a method of implementing DNS using distributed ledger technology, blockchain, and implemented using a Ethereum-based platform. In addition, the qualitative analysis performance comparative evaluation of the existing domain name registration and domain name server was conducted, and conducted security assessments on the proposed system to improve security problem of existing DNS. In conclusion, it was shown that DNS services could be provided high security and high efficiently using blockchain.

Keyword

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Layered DNS Tree Structure
그림 Fig. 2. Example of Domain Name Create Structure
그림 Fig. 3. Domain Name Query Process
그림 Fig. 4. Blockchain Structure
표 Table 1. Proposed System Node Specification
그림 Fig. 5. Proposed DNS Registration and UnregistrationTransaction Structure
그림 Fig. 6. Proposed Blockchain Transaction Structure for Change IP
그림 Fig. 7. Proposed Blockchain Network Based DNS Query Model
그림 Fig. 8. Genesis Block Structure for Blockchain System
그림 Fig. 9. Create Blockchain Address
그림 Fig. 10. Mist Browser User for Blockchain
그림 Fig. 11. Smart Contract Source Code for Blockchain DNS
그림 Fig. 12. Creating Transaction Using Smart Contract
그림 Fig. 13. Execute Contract for Domain Name Registration
그림 Fig. 14. Unique Domain Name Using Blockchain Network
표 Table 2. Proposed System Efficiency Verification for Domain Name Registration
표 Table 3. Proposed System Efficiency Verification for Domain Name Server

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이처럼 많은 문제점을 가진 기존 DNS를 개선하려 현재 네임코인(Namecoin)[8], EmerDNS[9]과 같이 블록체인 네트워크를 이용한 탈중앙화를 통해 기존 DNS를 확장 및 개선하려는 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 블록체인 기반 DNS에서 더 나아가 전체적인 DNS를 블록체인 네트워크를 통해 새롭게 구현하여 기존 DNS의 복잡성과 분쟁 및 보안 취약성을 해결하고, ICANN를 중심으로 하는 중앙화된 계층 네임 구조에서 벗어나 단순 네임 구조를 가지는 것을 목표로 한다.
그러나 현재의 DNS는 제공하는 역할의 중요성에 비해 많은 문제점이 존재한다. 본 연구에서는 기존의 시스템이 가지는 도메인 등록의 복잡성, 도메인 네임 등록 관련 분쟁, 보안 취약성 등을 해결하고자 하였다. 이에 제안하는 시스템에서는 문제점을 효과적으로 해결하고자, 위·변조가 불가능한 구조와 탈중앙화를 가지는 블록체인 네트워크를 이용해 설계하였고, 제안하는 DNS의 우수성을 증명하기 위해 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS를 이용해 DNS의 주요 기능인 도메인 네임 등록과 도메인 네임 서버의 비교평가를 진행하였다.

제안 방법

제안하는 DNS에서는 블록체인 네트워크에서 전체적인 가용성 및 효율성을 증가시키기 위해 크게 2가지 종류의 블록체인 노드로 기능을 나누어 구분한다.
계층적 구조로 사용자가 루트 도메인 서버에서부터 하위 네임 서버로 차례대로 질의하여 주소를 알아내는 기존 형태에서, 제안하는 시스템은 각 사용자의 노드가 모두 도메인 네임 서버의 개념을 가져 블록체인 네트워크를 통해 원하는 주소를 자신에게 또는 다른 노드에 단순 질의한다.
본 연구에서는 GO 언어를 사용하는 이더리움 플랫폼(Go Ethereum)[15]을 통해 제안하는 DNS를 구현하였다. 제안하는 DNS를 구현하기 위해 선행 작업으로 기반이 되는 블록체인 네트워크를 구현한다.
본 연구에서는 GO 언어를 사용하는 이더리움 플랫폼(Go Ethereum)[15]을 통해 제안하는 DNS를 구현하였다. 제안하는 DNS를 구현하기 위해 선행 작업으로 기반이 되는 블록체인 네트워크를 구현한다.
지금까지 블록체인 네트워크를 기반으로 하는 DNS를 구현하기 위해 선행 작업으로 이더리움 플랫폼을 통해 블록체인 네트워크를 구현하였다.
블록체인 기반에서 DNS를 구현하기 위해 솔리디티(Solidity)와 스마트 컨트랙트(Smart Contract)를 사용해서 각 사용자 계정에 전파되는 소스 코드를 구성하였다.
본 연구에서 제안한 시스템의 주요 기능은 크게 도메인 네임 등록과 해제, 그리고 IP 변경으로 이루어진다. 먼저 도메인 네임 등록 기능을 구현하기 위해 RegistrationDomainName를 구성한다.
기존 DNS의 도메인 네임 등록과 제안하는 DNS 도메인 네임 등록의 비교 분석을 하고, 추가적으로 기존 블록체인 기반 DNS의 도메인 네임 등록과 비교 분석을 통해, 제안하는 시스템의 효율성을 검증한다.
기존 DNS의 도메인 네임 서버와 기존 블록체인 기반 도메인 네임 서버, 제안하는 DNS의 도메인 네임 서버의 비교 분석을 통해서 제안하는 시스템의 효율성을 검증한다.
이에 제안하는 시스템에서는 문제점을 효과적으로 해결하고자, 위·변조가 불가능한 구조와 탈중앙화를 가지는 블록체인 네트워크를 이용해 설계하였고, 제안하는 DNS의 우수성을 증명하기 위해 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS를 이용해 DNS의 주요 기능인 도메인 네임 등록과 도메인 네임 서버의 비교평가를 진행하였다.
이에 제안하는 시스템에서는 문제점을 효과적으로 해결하고자, 위·변조가 불가능한 구조와 탈중앙화를 가지는 블록체인 네트워크를 이용해 설계하였고, 제안하는 DNS의 우수성을 증명하기 위해 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS를 이용해 DNS의 주요 기능인 도메인 네임 등록과 도메인 네임 서버의 비교평가를 진행하였다. 보안 측면에서는 기존 DNS의 대표적인 공격인 DNS 캐시 포이즈닝, DNS 스푸핑 및 중간자 공격, DNS 증폭 공격에 대해서 보안 평가를 진행하였다. 최종적으로 제안하는 시스템은 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS에 다양한 분류에서 이점을 가지며, 적은 복잡성과 빠른 속도로 높은 보안성을 가진 서비스를 제공할 수 있다는 것을 증명하였다.

성능/효과

이러한 사건을 사례로 볼 때 DNS는 공격자가 쉽게 위·변조하여 제3의 웹 사이트로 연결되도록 공격자가 이용할 수 있다는 것을 보여준다.
기존 블록체인 기반 도메인 네임 등록은 블록체인 네트워크에서 작업증명을 위해 네임코인의 경우 약 40분, EmerDNS의 경우 약 10분 정도 소요된다. 제안하는 도메인 네임 등록 시간은 사용자가 원하는 도메인 네임의 작성 시 즉시 트랜잭션으로 생성되어 인접한 노드에 전파되고 작업 증명을 위해 안정적인 약 10분 정도의 시간을 거쳐 블록체인에 연결되면 등록이 확정된다.
coin 등의 기존 도메인 네임 체계를 가져 확장성에서 제약이 존재한다. 제안하는 도메인 네임 등록에서는 도메인 네임 체계가 기존의 계층적 트리 구조가 아닌 단순 네임 구조로, 기존의 계층적인 도메인 네임 체계에서 벗어나서 훨씬 더 다양한 문자와 숫자로 사용자가 원하는 도메인 네임을 등록이 가능하다. 이러한 점은 도메인 선점이나 중복에 따른 문제를 최소화하고 주소자원 활성화에 기여해 다가오는 초연결 네트워크 시대의 도메인 네임 수요를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 전망된다.
기존의 도메인 네임 서버와 기존 블록체인 기반 도메인 네임 서버는 단일 형태의 도메인 네임 서버만을 운용하므로 상대적으로 가용성이 낮다. 제안하는 시스템에서는 풀 노드와 라이트 노드 두 개의 형태로 나누어 보다 효율적으로 처리가 가능하기 때문에 가용성이 상대적으로 높다.
이 DNS 캐시는 공격자의 손쉬운 목표가 되는데 공격자가 클라이언트나 서버의 캐시를 공격해 원래의 IP 주소 대신 공격자가 원하는 특정 IP 주소로 연결하는 DNS 캐시 포이즈닝[17]을 사용할 수 있다. 제안하는 시스템에서는 계층적 질의 방식이 아닌 단순 질의 구조이기 때문에 캐시를 사용하지 않아도 빠른 질의가 가능하고 이로 인해 캐시 포이즈닝이 불가능한 이점을 가진다.
보안 측면에서는 기존 DNS의 대표적인 공격인 DNS 캐시 포이즈닝, DNS 스푸핑 및 중간자 공격, DNS 증폭 공격에 대해서 보안 평가를 진행하였다. 최종적으로 제안하는 시스템은 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS에 다양한 분류에서 이점을 가지며, 적은 복잡성과 빠른 속도로 높은 보안성을 가진 서비스를 제공할 수 있다는 것을 증명하였다. 향후에는 블록체인을 이용하는 다른 분야의 연구를 통해서, 블록체인 기술이 특정 분야에 치우치지 않고 다양한 분야에서 사용되기를 기대한다.

후속연구

최종적으로 제안하는 시스템은 기존의 DNS와 블록체인 기반 DNS에 다양한 분류에서 이점을 가지며, 적은 복잡성과 빠른 속도로 높은 보안성을 가진 서비스를 제공할 수 있다는 것을 증명하였다. 향후에는 블록체인을 이용하는 다른 분야의 연구를 통해서, 블록체인 기술이 특정 분야에 치우치지 않고 다양한 분야에서 사용되기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DNS의 특성은?	DNS는 호스트의 도메인 이름을 호스트의 네트워크 주소로 바꾸거나, 그 반대의 변환을 수행할 수 있도록 개발되었다[10]. 사용자가 웹사이트에 접근하기 위해서 복잡한 숫자로 된 IP 주소를 외우지 않고, 접근성이 높은 문자열을 이용해 원하는 웹사이트에 쉽게 접속하게 해준다.
	많은 문제점을 가진 기존 DNS를 개선하려 현재 어떤 방향으로 연구가 활발히 진행되고 있는가?	이처럼 많은 문제점을 가진 기존 DNS를 개선하려 현재 네임코인(Namecoin)[8], EmerDNS[9]과 같이 블록체인 네트워크를 이용한 탈중앙화를 통해 기존 DNS를 확장 및 개선하려는 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 블록체인 기반 DNS에서 더 나아가 전체적인 DNS를 블록체인 네트워크를 통해 새롭게 구현하여 기존 DNS의 복잡성과 분쟁 및 보안 취약성을 해결하고, ICANN를 중심으로 하는 중앙화된 계층 네임 구조에서 벗어나 단순 네임 구조를 가지는 것을 목표로 한다.
	호스트 개수의 증가로 제시된 방법은?	호스트 개수의 증가에 따라, 각각의 호스트가 가진 많은 수의 고유 주소를 현실적으로 관리하기가 어렵게 되었고 이를 새롭게 개선할 방법이 제안되었다. 초창기에는 단순히 TXT 파일을 생성하여 관리, 공유하는 방식을 사용했으나, 호스트의 수가 더 증가함에 따라 체계적인 관리의 필요성에 의해 DNS가 개발되었다[2]. 이렇게 탄생한 DNS는 현재 인터넷을 사용하는 많은 사용자가 주소 사용의 편리성을 누리게 하고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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